Ellipsometry 종류 및 원리(3) - 그 외 다양한 Ellipsometry들

• 그 밖의 Ellipsometry

- Passive ellipsometry

대부분의 ellipsometer의 구조에는 기계적이거나 광전자적으로 시간에 따른 변화를 부여하는 장치가 있다. polarizer를 회전시킨다던지, modulator에 진동을 야기시키는 것들이 그 것이다. Passive ellipsometry 종류 중 하나는 시편에서 반사된 빛을 평행하게 두 갈래로 나눈 다음 그중 하나는 achromatic quarterwave retarder를 지나게 하여 이 두 빛을 각각 beam displacer를 지나게 하여 각각에서 서로 수직으로 편광된 성분을 측정하게 된다. 즉, 4개의 다른 위치에 있는 analyzer가 동시에 시편에서 반사된 빛의 편광상태를 측정하게 되는 것이다. 또 하나는 시편에서 반사된 빛을 세 개의 silicon detector로 반사시키면서 동시에 측정을 실시하고 네 번째의 detector가 세 번째 detector에서 반사되어 오는 빛을 측정하게 된다. 첫 세 개의 detector 위치를 조절하여 각 detector는 편광의 다른 방향의 성분을 측정하게 된다. 즉, 이 세 개의 detector는 analyzer의 역할을 동시에 수행하는 것이 된다. 이 ellipsometry들은 움직이는 부분이 없어 측정속도는 detector의 반응속도에 결정될 정도로 매우 빠를 가능성이 높다. Rotating analyzer ellipsometry의 개념에서 analyzer를 회전시키는 대신 각기 다른 방위각으로 다수의 analyzer를 설치하고 그 뒤에는 각각의 detector를 부착함으로써 측정속도가 1000배가 빨라진 것과 같은 원리이다. 

그 밖에도 rotating detector ellipsometry, interferometric ellipsometry, pulse ellipsometry, stokes parameter ellipsometry 등이 있다. 

 

- Psi meter

Rotating polarizer(analyzer) ellipsometer에서 polarizer나 analyzer 중 하나를 제거하고 나머지 하나만을 사용하는 경우로, 회전하는 편광기 하나만을 사용하기 때문에 간편하나, psi만 측정 가능하다. Δ값이 측정이 안되어 물질에 대한 완전한 광학적 정보는 얻지 못하나 표면에 있어 어느 정도 이상의 변화나 차이는 감지가 가능하다.

 

- Return-path ellipsometry

Psi meter처럼 편광기가 하나뿐인데 거울을 이용하여 시편에 두 번 입사하게 되므로 polarizer가 analyzer의 역할도 하게 된다. 편광기를 modulation시키기도 하고 입사각과 편광축을 변화시켜 nulling시키기도 한다. 일반 ellipsometer의 경우 편광을 발생시키는 쪽과 편광을 분석하는 쪽을 위해 두개의 벤치가 필요한데, 진공 chamber나 실험실의 구조가 제한되는 만큼 양쪽을 다 설치하는 것은 쉽지 않다. 이를 응용하는데 Return-path ellipsometry가 편리하게 사용된다. 또한 진공 용기에 설치할 경우 광학창도 한 쪽만 설치하면 되고 시편을 두 번 측정하여 민감도도 높다. 

 

- RDS(Reflection difference spectroscopy)

표면의 anisotropy를 측정하는 입사각 0º의 ellipsometry이며 RAS(reflection anisotropy spectroscopy)라고도 부른다. ellipsometry에 비해 거의 겉표면에서만의 정보를 인식하기 때문에 표면의 anisotropy를 연구하는데 유용하다. 아주 작은 변화를 측정하기 때문에 대부분의 경우 Phase modulation ellipsometry의 구조를 이용하고 있는데, modulator가 없는 rotating sample형이나 rotating analyzer형 또는 beam splitter를 이용하여 두 방향으로의 반사율을 동시에 측정함으로써 움직이는 부분을 아예 없애 사용하기도 한다. 

 

-Comparison ellipsometry

광학적 구성은 광원-polarizer-표준시편-test 시편-analyzer-camera 순으로 되어있는데 polarizer는 표준시편의 입사면에 대해 45º로 놓여 있으며 test 시편의 입사면은 표준시편에 대해 90º로 놓여 있게 되며, analyzer는 polarizer와 다시 90º로 되게 놓여 있다. 만일 두 시편이 동등한 것이라면 두 시편에 의해 발생한 편광의 변화는 결국 상쇄되어 결국 polarizer에 의해 발생한 선편광이 유지가 되고 이는 수직으로 놓인 analyzer를 투과할 수 없게 되어 null 상태가 된다. 만일 두 시편이 다르면 null 상태를 파괴하게 되어 camera에 밝은 신호가 잡히게 된다.  

 

- Kerr spectrometry

작동원리는 Phase modulation ellipsometry와 같고 입사를 거의 수직으로 하는 측면에서는 RDS와도 같다. 자성물질의 표면에서 반사될 때 편광의 변화인 kerr효과를 측정하는 기술이다. 반사된 타원편광의 장축의 회전각과 타원의 ellipticity를 측정하는데 결국 ellipsometry라고 할 수 있으나 물질의 특성을 자성광학 차원에서 분석한다는 차이가 있다.